CC BY
38ПРОБЛЕМА ИТОГОВ НАУЧНОЙ РЕВОЛЮЦИИ В ФИЗИКЕ НАЧАЛА ХХ ВЕКА
Кочетков Андрей Викторович
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Доктор технических наук, профессор
Федотов Петр Викторович ООО «Научно-технический центр технического регулирования», Инженер
PROBLEM RESULTS OF THE SCIENTIFIC REVOLUTION IN PHYSICS EARLY 20TH CENTURY Kochetkov Andrey Viktorovich, Perm national research polytechnical university, Professor Fedotov Petr Viktorovich, Open Company «Research center of technical regulation», Engineer
АННОТАЦИЯ
Авторы отстаивают, что направление развития физики в направлении отказа от парадигмы классической физики и переходу к «квантовой теории» и теориям относительности Эйнштейна является ошибочным. Ошибка состояла в том, что все классические теории отнесены к «ядру» по Лакатосу. По мнению авторов, любые теории относятся не к «ядру», а к «защитному поясу». В соответствии с «Методологией исследовательских программ» Лакатоса, теории, принадлежащие к «защитному поясу» могут быть изменены, и даже, заменены в случае появления противоречий с экспериментами, при этом само ядро остается неизменным.
ABSTRACT
The authors assert that the direction of development of physics in direction out of the paradigm of classical physics and the transition to a "quantum theory" and theory of relativity is wrong. The mistake was that all classical theory attributed to "core" by Lakatos. According to authors, any theory does not refer to "core" and a "protective belt". In accordance with "methodology of research programs" Lakatos, theories, belonging to the "protective belt" can be changed, and even replaced in event of conflict with the experiments, and the core itself remains unchanged.
Ключевые слова: научная революция, теория фальсификации Поппера, методология исследовательских программ Лакатоса, современные научные парадигмы.
Keywords: revolution scientific theory falsification of Popper, Lakatos's methodology of research programs, modern scientific paradigm
Обозрение состояния физико-математических наук в XXI веке необходимо проводить с пониманием того, что состояние упомянутых наук не более чем продолжение состояния в XX веке. Мы находимся в самом начале XXI века, когда еще не произошло никаких значимых событий, позволивших отличать уровень развития науки в новом веке.
XX век ознаменовался т.н. «научной революцией» в физике, во многом повлиявшей на другие науки. Научная революция в физике началась в самом начале XX века, с нескольких открытий на рубеже Х1Х-ХХ вв. К этим открытиям относятся открытие электрона в 1897 Дж. Томпсоном, ядерное строение атома в экспериментах Э. Резер-форда в 1911 г., опыты Майкельсона-Морли 1887 г., систематическое изучение фотоэффекта А. Столетовым 18881890 гг. и другие. Попытки объяснить полученные экспериментальные данные с позиций классической физики привели к пониманию, что существующие на тот момент теории классической физики, в первую очередь электродинамика Максвелла и теория тяготения Ньютона не в состоянии объяснить факты, с которыми столкнулись экспериментаторы. Эта ситуация получила название «кризис классической физики». Такое положение привело еще в начале XX века к научной революции, появлению квантовой теории и теорий относительности А.Эйнштейна. Принято считать, что основанием для революции в физике начала XX в. был кризис классической физики.
По убеждению авторов, слухи о существующем кризисе в классической физике сильно преувеличены. Кризис, на самом деле, случился, но не в физике, а в психологии ученых. Слишком долго ученые пользовались теориями классической физики, что поверили в их непогрешимость, и сделали то, чего не должно было происходить. Они отождествили классическую физику с теми теориями, которые были разработаны в рамках классической
теории, в частности, теорию Ньютона и теорию Максвелла. По словам Лакатоса: «находясь под впечатлением длительного периода эмпирических успехов этой теории, ученые могут решить, что опровергать эту теорию вообще непозволительно» [18, с. 33].
Когда выяснилось, что данные теории не удовлетворяют новым достижениям науки, то сделали вывод, что это кризис всей классической физики. Xотя речь должна идти только о кризисе отдельных теорий. Сложилась парадоксальная ситуация. В результате рассмотрения данных по экспериментам Майкельсона-Морли, в науке отказались от идеи существования Эфира. Но, теория электродинамики Максвелла, построенная полностью на идее Мирового Эфира осталась. Но, кризис теории оказался еще глубже. В частности, оказалось, что теория электродинамики Максвелла не может объяснить некоторые факты, такие как, излучение абсолютно черного тела, неизлучение атомом в стационарных состояниях, а также существование электронов на орбите в атоме без излучения, хотя согласно теории Максвелла электрон, обращающийся по круговой орбите должен постоянно излучать ЭМ волны, и неизбежно, вследствии потери энергии упасть на ядро и т.д. В результате в физике сложилась ситуация «двоевластия». Когда электродинамика считается истинной во всех случаях исследования поведения макроскопических полей и зарядов, но не действует, когда речь заходит о микроскопических объектах, например, в атоме и т.д. А в пределах атома для объяснения поведения тех же самых электронов, которые обеспечивают в макроскопическом масштабе хорошо объясняемые (классической теорией) эффекты движения токов и зарядов, необходимо руководствоваться не классической теорией Максвелла, а особой «квантовой» теорией.
Выход из подобной ситуации может быть в создании теории, заменяющую электродинамику Максвелла,
которая сможет объяснить и макро- и микро- эффекты. Такие теории можно в принципе построить двумя путями. Либо полностью перейти на квантовую парадигму, отказаться от классических представлений и построить квантовую электродинамику, которая может объяснить не только квантовые эффекты в микромире, но и отсутствие таковых в макромире. Либо, как предлагают авторы, модернизировать классическую электродинамику, основываясь на классической парадигме, таким образом, чтобы новая теория, объясняла не только макроскопические эффекты, как это происходит сейчас, но и микроскопические эффекты, например, в атоме и др., т.е. современной области действия квантовой теории.
Совершенно аналогичная ситуация сложилась и в теории гравитации Ньютона. Точно также, механика Ньютона натолкнулась на непреодолимые трудности и была специально разработана новая теория, под названием общая теория относительности (ОТО), призванная разрешить задачи, неразрешимые в рамках ньютоновской механики. При этом ньютоновскую механику не отменили, а продолжают использовать, но в ограниченных пределах. А за пределами рекомендуют применять ОТО.
В науке во все времена (явно или неявно) главенствовали методологические принципы позитивизма и рационализма. Согласно этим принципам, должен существовать ехрептеп^т crucis1, эксперимент, исход которого однозначно определяет, является ли конкретная теория или гипотеза верной. Так Поппер считал, что если существует большое количество экспериментов, подтверждающих теорию, и при этом существует хотя бы один эксперимент, принципиально противоречащий теории, то такая теория должна быть признана фальсифицированной, а значит негодной. Этот критерий Поппер назвал «асимметрией между верификацией и фальсификацией» [19, с. 213]. Такие эксперименты, противоречащие классическим теориям Ньютона и Максвелла, были известны в начале ХХ в. Но, вместо того, чтобы признать фальсифицированными эти конкретные теории, были признаны фальсифицированными базовые основы, на которых были построены эти теории.
Согласно глубокому убеждению авторов, философские и методологические принципы классической физики не исчерпали себя на границе и малых размеров атомов, и больших скоростей, приближающихся к скорости света и других областей научного знания, в которых якобы классическая физика неприменима. Чтобы расширить рамки применимости классической физики, необходимо либо заменить теории, противоречащие эксперименту, либо модернизировать их.
Кроме теории фальсифицируемости К. Поппера, в методологии науки существуют и другие теории. Например, «Теория научных революций» Т. Куна. По поводу научных революций Кун писал: «Нормальная наука, на развитие которой вынуждено тратить почти все свое время большинство ученых, основывается на допущении, что научное сообщество знает, каков окружающий нас мир. Многие успехи науки рождаются из стремления сообщества защитить это допущение, и если это необходимо - то и весьма дорогой ценой. Нормальная наука, например, часто подавляет фундаментальные новшества, потому что
они неизбежно разрушают ее основные установки. Тем не менее, до тех пор, пока эти установки сохраняют в себе элемент произвольности, сама природа нормального исследования дает гарантию, что эти новшества не будут подавляться слишком долго. Иногда проблема нормальной науки, проблема, которая должна быть решена с помощью известных правил и процедур, не поддается неоднократным натискам даже самых талантливых членов группы, к компетенции которой она относится. В других случаях инструмент, предназначенный и сконструированный для целей нормального исследования, оказывается неспособным функционировать так, как это предусматривалось, что свидетельствует об аномалии, которую, несмотря на все усилия, не удается согласовать с нормами профессионального образования. Таким образом (и не только таким) нормальная наука сбивается с дороги все время. И когда это происходит - то есть когда специалист не может больше избежать аномалий, разрушающих существующую традицию научной практики, - начинаются нетрадиционные исследования, которые, в конце концов, приводят всю данную отрасль науки к новой системе предписаний (commitments), к новому базису для практики научных исследований» [17]. Основываясь на примерах открытий Ньютона, Лавуазье, Максвелла, Эйнштейна Кун пишет «Каждое из этих открытий необходимо обусловливало отказ научного сообщества от той или иной освященной веками научной теории в пользу другой теории, несовместимой с прежней. Каждое из них вызывало последующий сдвиг в проблемах, подлежащих тщательному научному исследованию, и в тех стандартах, с помощью которых профессиональный ученый определял, можно ли считать правомерной ту или иную проблему или закономерным то или иное ее решение. И каждое из этих открытий преобразовывало научное воображение таким образом, что мы, в конечном счете, должны признать это трансформацией мира, в котором проводится научная работа» [17].
Критика философии Т. Куна содержится в работах Лакатоса, разработавшего «Методологию научно-исследовательских программ». Разработанная Лакатосом методология состоит из следующих структурных элементов: «жёсткое ядро», «защитный пояс» гипотез, «положительная эвристика» и «отрицательная эвристика». Жесткое ядро научной программы согласно Лакатосу - это связанная последовательность научных теорий. Эта последовательность, как правило, выстраивается вокруг некоторой фундаментальной теории, основные идеи, методы и предпосылки которой «усваиваются» интеллектуальной элитой, работающей в данной области научного знания. «Жестким это «ядро» называется потому, что исследователям как бы запрещено что-либо менять в исходной теории, даже если они находят факты, вступающие с ней в противоречие. В этом случае они изобретают «вспомогательные гипотезы», которые примиряют теорию с фактами. Подобные гипотезы образуют «защитный пояс» вокруг фундаментальной теории, они принимают на себя удары опытных проверок и в зависимости от силы и количества этих ударов могут изменяться, уточняться или даже полностью заменяться другими гипотезами. Главная задача при этом обеспечить «прогрессивное движение»
1 Решающий опыт; буквально «опыт креста»; иногда говорят «критический эксперимент» (Прим. авт.)
научного знания, движение ко все более широким и полным описаниям и объяснениям реальности» [20, с 249].
Xотя Лакатос был учеником и соратником К. Поп-пера, в своих работах он пошел дальше своего учителя и дошел до критики учения «наивный фальсификацио-низма» Поппера: «Моя мысль состоит в том, что поппе-ровская логика научного открытия сочетает в себе две различные концепции Кун увидел только одну из них— «наивный фальсификационизм» (лучше сказать «наивный методологический фальсификационизм»); его критика этой концепции справедлива и ее можно даже усилить» [18] (Выделено нами).
Исследуя историю научной революции в физике начала XX в. авторы пришли к выводу, что ученые пошли по пути, предначертанном К. Поппером, и в соответствии с философией Т. Куна полностью поменяли парадигму научных исследований. Не использовав, в полной мере, достоинства методологии иследовательских программ Лакатоса.
Ядро изучаемой «исследовательской программы» авторов составляет классическая физика, но в современном виде теории классической физики не могут решить вопросы, встающие перед исследователями в области атомных структур, теории гравитации и др. Но, в отличие от основателей научной революции начала XX в., авторы считают, что теории Ньютона, теории Максвелла и другие, входят не в «жесткое ядро», а в «защитный пояс». Т.е., частичный или полный отказ от упомянутых теорий не обру-щает само «ядро», а является всего лишь защитной реакцией «исследовательской программы».
В рамках подобной «исследовательской программы» авторы опубликовали некоторое количество статей, по приспособлению классической физики (см. библиографию в конце статьи) к современному состоянию экспериментальной и опытной физики. Кажется, что некоторые выводы авторов противоречат современной науке. Это касается законов ньютоновской механики. Проведя анализ «ньютоновской», «лагранжевой» и «гамильтоновой» механик, авторы делают вывод, что в наиболее полной мере критериям «физичности» отвечает только ньютоновская механика, причем именно ньютоновская механика является наиболее полной, а лагранжева и гамиль-тонова механики, с точки зрения физики, являются частными разделами [13].
В том виде, в котором ньютоновская механика изучается в настоящее время, была разработана Эйлером. В книгах «Механика» и «Теория движения твердых тел» Эйлер пишет, что законы, описанные в данных трудах, справедливы для идеальных твердых тел. Идеальное твердое тело не подвержено никаким деформациям, ни упругим, ни пластическим. Используя такое упрощение, Эйлер свел движения тела к законам движения материальной точки. Так как подобный подход оказался весьма плодотворным, ученые, продолжали выводить уравнения движения для идеально твердых тел, не оговария каждый раз, что имеются в виду именно идеально твердые тела. Но, именно учет этих деформаций и приводит к некоторым парадоксальным (на первый взгляд) выводам. Известна, например, аксиома движения центра масс, согласно которой, ц.м. любой системы материальных точек (в т.ч. и твердого тела) при отсутствии внешних сил, всегда движется прямолинейно и равномерно. Это только при условиях, что тело (как систему материальных точек) считать
идеально твердым. Если учитывать, деформации тела, то оказывается, что ц.м. такого тела может двигаться и неравномерно, и непрямолинейно. Например, если рассматривается упругое тело, внутри которого после удара движутся волны деформации, сжимающие и растягивающие отдельные части тела. Если такое тело движется поступательно, без внешних сил, «по инерции», то его ц.м. не будет двигаться равномерно, а будет колебаться около мгновенного (теоретического) положения ц.м. [8]. Как только мы будем учитывать упругие связи внутри тела, то окажется, что внутри тела действуют те самые силы инерции, которые, якобы, не должны действовать на тело [14]. В примерах нет нарушения законов Ньютона для материальных точек, а есть только указание, что динамика реальных тел, подверженных деформациям, сложнее, чем динамика материальных точек.
То же самое можно сказать и по теориям относительности А. Эйнштейна, как СТО, так и ОТО. Авторы показывают, что никакие эксперименты не противоречат основам классической физики, а противоречат только принятым парадигмам (теориям) [9], [15]. Принятые в ОТО и СТО определения пространства и времени, являются не переосмыслением философских категорий, а заменой понятий. Понятие пространства в ОТО, является не категорией пространства в физическом смысле, а понятием абстрактного «пространства», принятого в математике [1]. Сто лет развития ОТО не привели к существенным сдвигам в теории движения планет Солнечной системы, ради которых и была первоначально разработана ОТО [10], [12].
Список литературы
1. Кочетков А. В., Федотов П. В. Анализ понятия «пространство»в общей теории относительности // Пространство и время. 2012. № 4. - С. 42-49.
2. Кочетков А.В., Федотов П.В. Вопросы гармонизации методологических основ теории Бора и классической механики. // Russian journal of Earth Sciences RJES. - 2012 - № 12(12).
3. Кочетков А.В., Федотов П.В. Вывод формулы связи энергии и частоты в макро- и микромеханике // Науковедение. - 2014. - № 3 (22).
4. Кочетков А.В., Федотов П.В. Гелий: модели атомной физики // Науковедение. - 2013. - № 3 (16).
5. Кочетков А.В., Федотов П.В. Единые уравнения электромагнитного поля // Пространство и время. 2013. № 3 (13). - С. 66 - 71.
6. Кочетков А.В., Федотов П.В. Единые уравнения электромагнитного и гравитационного поля // Пространство и время. 2014. № 1 (15). - С. 62 - 73.
7. Кочетков А. В., Федотов П. В., Шашков И. Г., Ермолаева В. В. История открытия закона теплового излучения // Науковедение. 2014. № 3 (22).
8. Кочетков А.В., Федотов П.В. Некоторые вопросы теории удара // Науковедение - 2013. № 5 (18).
9. Кочетков А.В., Федотов П.В. Новое в эффекте Доплера: принцип зеркальности и общие уравнения // Науковедение. - 2012. - 4 (13).
10. Кочетков А.В., Федотов П.В. Общая теория относительности и параметрический постньютоновский формализм // Науковедение. -2013.-3(16).
11. Кочетков А.В., Федотов П.В. О некоторых несуразностях в изложениях вектора Умова-Пойнтинга // Пространство и время. 2014. № 2 (16). - С. 79-88.
12. Кочетков А.В., Федотов П.В. От Ньютона до параметризованного постньютньютоновского формализма: нули и единицы // Пространство и время. 2013. № 4 (14). - С. 81-85.
13. Кочетков А.В., Федотов П.В. Оценка проявлений исторического менталитета в современной механике и физике // Пространство и время. 2013. № 2 (12). - С. 62-71.
14. Кочетков А.В. Силы инерции / А.В.Кочетков, П.В.Федотов // Инновации и исследования в транспортном комплексе. Вторая Межд. науч.-иссл. конф. Курган. 2014. - С. 106-111.
15. Кочетков А.В., Федотов П.В. Специальная теория относительности Эйнштейна: комментарии и сомнения физике // Пространство и время. 2013. № 1 (11). - С.49-57.
16. Кочетков А.В., Федотов П.В. Эффект Штарка: интерпретация и выражение связи энергии и частоты колебания // Науковедение. - 2013. - 4 (17).
17. Кун Т. Структура научных революций - М.: Прогресс, 1977, 300 с.
18. Лакатос И. Фальсификация и методология научно-исследовательских программ. - М.: Медиум, 1995. 235 с.
19. Поппер К. Логика и рост научного знания - М.: Прогресс, 1983, 605 с.
20. Фролов И. Т. и др. Введение в философию - М.: Республика, 2003. 623 с.
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХФАКТОРНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
«ХИЩНИК-ЖЕРТВА»
Кудряшова Валентина Николаевна
Студентка, Самарский Государственный, Аэрокосмический Университет, г. Самара
INVESTIGATION OF TWO-FACTOR MATHEMATICAL MODEL «PREDATOR-PREY» Kudryashova Valentina, Samara State, Aerospace University, Samara АННОТАЦИЯ
Работа посвящена исследованию модели «хищник-жертва» с одновременным учетом противоположно направленных - стабилизирующих и дестабилизирующих - факторов. ABSTRACT
Work is devoted to the investigation of "predator-prey" model while taking into account the opposite direction -stabilizing and destabilizing - factors.
Ключевые слова: хищник, жертва, бифуркация, математическое моделирование. Keywords: predator, prey, bifurcation, mathematical modeling.
Введение
Модель «хищник-жертва» все чаще используется не только для моделирования поведения сообществ в экологии, но и применительно к социальным и экономическим моделям, что указывает на актуальность рассматриваемой задачи. На основе исследований таких моделей решаются, например, вопросы о динамике доли государственного и частного секторов национальной экономики, о распределении в сфере исследований и разработок научных работников между частными и государственными секторами. Для решения задач экономического состояния производства в условиях конкуренции и процесса выравнивания цен также используются уравнения Лотки-Вольтерра, которые позволяют комплексно оценить динамику экономических процессов, выйти на равновесные уровни исследуемых конкурирующих систем и теоретически спрогнозировать, и управлять поведением основных параметров модели [2].
Модель «хищник-жертва» широко используется в медицине. Так при моделировании онкологических заболеваний опухолевые клетки рассматриваются как жертвы, а лимфоциты, которые могут их подавлять, как хищники. В этом случае моделирование позволяет получить новые знания о процессах межклеточного взаимодействия при
этих патологиях, находить пути оптимальной стратегии лечения, создавать новые средства борьбы с ними. Двумерная динамическая модель типа «хищник-жертва» является частью междисциплинарных исследований, связанных с построением и исследованием многомерных динамических систем, используемых, например, в вирусологии и иммунологии. В соответствии с методикой Лотки-Вольтерра, примененной в [3], была построена математическая модель иммунитета при поражении ВИЧ на основании анализа данных, полученных из вирусологии, иммунологии и других областей медицины, клиники заболевания СПИД, а также данных о современных препаратах и методах лечения СПИД/ВИЧ. Эта модель предусматривает возможность проведения эффективного лечения и достижения полной победы над ВИЧ при использовании для борьбы с ВИЧ живых клеток-врагов вируса [4, 5].
С позиций дисбаланса в системе «хищник-жертва» исследована динамика убийств, наркомании, алкоголизма, а также заболеваний, передающихся половым и гемоконтактным путем (ВИЧ, СПИД).
Применение моделей «хищник-жертва» к анализу долгосрочных стратегий адаптации человека позволяет получить качественно новое знание относительно закономерностей устойчивого развития сообщества людей в це-
